影响结构稳定性的因素

影响结构稳定性的因素第1页/共70页【想一想】我们经常会几个人一起坐在长凳子上，当其他人站起来离开凳子时，坐在最边上的人一不小心就会摔倒。【试一试】创新意识培养，老师拿一熟鸡蛋，请学生让它站起来。第2页/共70页【观看体会】台风强大的强大的摧毁力——记者勇闯台风中心，图片给了我们很大的震撼。第3页/共70页一、结构的稳定性二、结构的强度

影响结构稳固的因素有哪些？第4页/共70页一、结构的稳定性

结构的稳定性是指结构在负载的作用下维持其原有的平衡状态的能力。

第5页/共70页结构的稳定性与什么因素有关？想一想第6页/共70页【重心实验探究】影响结构稳定性的因素?不倒翁试验第一步：在不倒翁脖子上逐个放置铁环，并记录每个铁环放置后不倒翁的稳定状况。第二步：直到不到翁不能恢复原有的平衡位置，记录此时铁环个数。第三步：比较在增加铁环前和增加后不倒翁各方面的参数第7页/共70页增加铁环前增加铁环后外观形态质量重心是否稳定讨论稳定性影响的因素：质量？还是重心？

【设计实验证明】引导：实验材料，铁环，不倒翁，橡皮泥……【结论总结】

。第8页/共70页【链接生活】思考：落地扇为什么不易倾倒？分析：落地扇的底座采用较重的材料，风扇比底座轻很多，使落地扇的重心降低。

增加铁环前增加铁环后外观形态没变没有改变质量小大重心低高是否稳定稳定不稳定讨论稳定性影响的因素：质量？还是重心？

【设计实验证明】引导：实验材料，铁环，不倒翁，橡皮泥……【结论总结】重心的高低影响结构的稳定性。重心越低,稳定性越好;重心越高,稳定性越差。第9页/共70页【支撑面积实验探究】影响结构稳定性的因素?1、将A、B两瓶矿泉水瓶（少量水）一正一倒放置课桌台上，打开风扇。学生观察哪个先倒，为什么？B瓶倒（直觉经验）第10页/共70页2、为什么大坝的横截面总是建成梯形的？想一想第11页/共70页【试验结论总结】结构与地面接触所形成的支撑面的大小影响结构的稳定性。支撑面越大越稳定，越小越不稳定。【链接生活】请同学们想一想生活中有哪些事例是运用增大支撑面积来增加稳定性的？第12页/共70页为什么许多课桌椅的支撑脚要做成往外倾斜？想一想第13页/共70页因素三：结构的形状影响结构稳定性的因素?第14页/共70页

怎样让一本书更好地直立在桌面上？A字形梯为什么载人时能够保持稳定？如果没有梯子中间的拉杆将会怎么样？想一想第15页/共70页【结论总结】结构或构件的形状影响其稳定性。【链接生活】（三角形稳定性的应用）：建筑中广泛运用了三角形的稳定性。房子、桥梁的桁架大多都是由多个三角形构成的；钢架结构的十字梁同样是运用这一原理，在四边形的框架中用两条杆件作对角线，形成多个三角形，既节省了材料，减轻了结构的质量，又有效地加强了结构的强度和稳定性。十字钢梁也是建筑中常用的构件，如在高压输电的铁塔、悬索桥的塔架，以及摩天大楼钢架结构中都被普遍地采用。第16页/共70页想一想

照相机的支撑架为什么常使用三脚架而不用其他形状？第17页/共70页影响因素之间的关系探求【重心与支撑面积之间的关系】第18页/共70页比萨斜塔为什么不倒塌？想一想第19页/共70页【得出结论】对于一个结构体而言，如果重心所在点的垂线落在结构底面的范围内，就是稳定的，不会出现倾倒。第20页/共70页

辽宁瑞州古塔，现存塔身高10米，塔身向东北方向倾斜12度，塔尖水平位移1.7米。该塔建成之后虽几经地震与洪水破坏，却始终斜而不倒，堪称奇迹。

小资料：中国的斜塔第21页/共70页

单脚支撑的自行车放稳的原因分析？想一想自行车单脚支撑示意图第22页/共70页【动态平衡】现象一：鸡蛋的当从侧面让它旋转起来时，它就会竖直地站立起来现象二：硬币的旋转现象三：陀螺现象四：行驶中的自行车第23页/共70页影响结构稳定性的因素：重心位置的高低支撑面积结构的形状结论第24页/共70页【思考】利用结构稳定性分析：在开始上课的小活动中如何取胜？降低重心，两脚分开【知识拓展】结构的稳定性在日常生活中有着广泛的应用，在很多时候我们利用稳定的结构抵抗外力、承受负载，另一方面也利用不稳定的结构来为我们生活提供便利。第25页/共70页拓展：不稳定的结构应用第26页/共70页小结一、结构的稳定性

影响结构稳定性的三个因素：重心位置、支撑面积的大小和结构的形状。第27页/共70页【拓展实践】

请同学们结合本节课内容从结构的角度为某公司设计一个稳定的巨幅街头广告。第28页/共70页

探索视频【案例分析】生活中有这样的情况，人坐在一只小板凳上，用力摇几下，板凳就坏了，人也摔倒在地上。人踩在窗户的防盗网上擦玻璃，防盗网合金条的焊接处断裂，险些酿成大祸。【问题】根据你的理解，结合教材，上述情况是什么原因造成的？第29页/共70页

结构的强度是指结构具有的抵抗被外力破坏的能力。二、结构的强度第30页/共70页【链接生活】你能不能举出遇到的结构强度被破坏的的示例呢？【区别】结构强度和稳定性是不是相同呢?第31页/共70页内力——结构的强度是通过构件和材料来体现的。构件在外力的作用下会变形。同时构件内部各质点之间的作用力发生了改变，这种作用力的改变称作内力。应力——构件单位截面面积所受的内力称为构件的应力。公式表示：应力、内力和横截面积之间的定量关系。公式：σ=N/A

σ——应力

兆帕

(MPa)N——内力

牛NA——横截面积

米m²

当应力达到某一极限时，结构就会遭到破坏。第32页/共70页让我们来做一个小游戏：

你能否不用任何工具，仅凭你的两只手将一双筷子折断？然而你能用同样的力把十双筷子折断吗？【结论】这就是由于在相同的作用下，由于十双筷子的受力面积较大，根据公式可知，其应力较小，因此不容易断。第33页/共70页

我们知道强度是研究不被外力破坏的能力。一般说来，外力越大，则构件的内力越大。内力达到一定程度时，构件就会被破坏。在工程设计中，不允许任何构件在正常工作情况下被破坏。第34页/共70页【例如】我们刚才举的椅子的例子，椅子能够承受人的重力这是一个强度问题，那么椅子会不会左右晃动，摇摆，那就是一个稳定性问题了。第35页/共70页◆使用的材料◆结构的形状◆构件之间的连接方式想一想结构的强度与什么因素有关？第36页/共70页2.2强度与材料结构的强度与材料有关VS纸杯钢杯第37页/共70页

不同的材料，构成的结构其强度各不相同。结构的强度与材料有关；从强度角度看，外力越大，构件内力随之越大，构件危险就越大。

公式：σ=N/A

σ——应力

兆帕

(MPa)N——内力

牛NA——横截面积

米m²

公式表示：应力、内力和横截面积之间的定量关系。由公式可知，在内力不变的情况下，构件和材料的横截面积越大，应力越小，危险性就越小。同截面垂直的应力称为正应力或反应力。如，柱体垂直受压时，其横截面上的应力就是正应力。同截面相切的力称为剪应力或切应力，如剪切物体时，剪切面上就有剪应力。而梁弯曲时，其横截面上除了具有正应力外，还有剪应力。第38页/共70页使用钢筋混凝土结构的好处是什么？拓展第39页/共70页混凝土擅长抗压力，而钢筋擅长抗拉力第40页/共70页测试用不同截面形状的构件做成的悬梁的强度小试验第41页/共70页注意同一杆件做悬臂，截面朝向不同，所承受的拉力也是不同的。第42页/共70页结构的形状◆外部形状：三角形、拱形等。◆截面形状：工字形、十字形、长方形、L形、圆形、U形。第43页/共70页金刚石及其内部结构【提问】是什么导致了石墨和金刚石的这些差异呢？在探求物质的微观世界中我们发现是碳原子排列的不同，就是结构的差异。第44页/共70页各种形状的横截面构件，所承受力的程度是不一样的。

三角形是框架结构最基本的形状之一，结实、稳定、材料最少。在四边形、六边形构件中，加上三角形支撑件，就可大大增加构件的牢固程度。第45页/共70页

结构的连接是指通过一定的连接物将构件组成整体结构。

2.3结构的连接第46页/共70页【技术试验3】

分别用A4白纸，围成两个四棱柱体杆件，其中一个，接口处用透明胶带粘连，分别作承重试验。观察现象并分析。结论：结构的强度与结构的连接方式有关。不同的连接方式，结构的强度也不同。第47页/共70页结构构建的连接通常有以下两类：

◆铰连接：被连接的构件在连接处不能相对移动，但可以相对转动，具体有松螺栓、松铆等。

第48页/共70页胶接焊接榫接◆刚连接：被连接的构件在连接处不能相对移动，也不能相对转动，具体有榫接、胶接、焊接等。第49页/共70页结点是从连接的效果来划分。一个结点可以有多种连接方式。不同的材料有不同的连接方式；构件的连接方式不同，结构的强度也不同。在自行车的个部件之间的连接中三脚架属于

连接刹车连杆之间属于

连接辐条和钢圈之间属于

连接刚铰铰第50页/共70页【案例分析】从吊兰支架的结构试分析吊兰支架的结构强度第51页/共70页小结结构的强度1.结构的强度是指结构具有的抵抗被外力破坏的能力。2.影响因素（1）结构形状：构成的形状略有改变，强度就会改变。（2）结构材料：不同材料有不同承受应力极限的能力。形状相同，材料不同，强度就不同。（3）材料的连接方式：不同的连接方式，受力传递方式和效果不一样。第52页/共70页

收集桥梁结构的材料、图片等相关信息，制定桥梁结构设计方案。【巩固练习】根据你的生活经验填写下表：

事件结果原因

分别在一根竹竿和一根同样尺寸的脆性塑料杆上不断加挂相同质量的重物

竹竿比脆性塑料杆能挂更多的重物而不会断裂

沿着垂直于重心线的方向撞击一根完整的钢管与用同样的方法撞击一根中间有焊接缝的钢管

中间有焊接缝的钢管受到撞击时容易损坏

第53页/共70页第54页/共70页金刚石及其内部结构【提问】是什么导致了石墨和金刚石的这些差异呢？在探求物质的微观世界中我们发现是碳原子排列的不同，就是结构的差异。第55页/共70页三、结构与功能

结构对事物的功能和作用产生着直接的影响，结构的改变可能导致功能的改变。多功能起子第56页/共70页第57页/共70页第58页/共70页【马上行动]】列举生产生活中结构改变导致功能改变的事例，并加以说明第59页/共70页第60页/共70页扑克牌建筑模型之最据报道，现年33岁的布赖恩·伯格是美国新墨西哥州圣达菲市的一名建筑师。然而，布赖恩却并非用砖头石块来造房子，他的“建筑材料”是一张张削薄的扑克牌。布赖恩用扑克牌搭建出来的“房子”有的高达六七米，它们有的是“摩天大楼”的模型，有的是“圆形穹顶”模型，有的是“大教堂”或“大型体育场”的模型。令人惊讶的是，布赖恩搭建的“扑克牌房子”虽然高达数米，但布赖恩却完全是一张张垒叠上去的，他在搭建“扑克牌房子”的过程中从来不使用任何胶水、胶带或其他粘合剂。第61页/共70页

布赖恩称，他并非随意地将扑克牌堆叠起来，而是使用了一种系统的“建筑方法”，他的“扑克牌大厦”的几何学结构，有点类似蜜蜂搭建的蜂房。布赖恩称，每7副扑克牌重达0.45公斤，他每天大约会使用11.3公斤的扑克牌搭建“扑克牌房子”，布赖恩称，正是扑克牌的重量和特殊的格子状结构共同产生作用，才能使这些“扑克牌摩天大楼”屹立不倒。布赖恩搭建的“扑克牌建筑”总是能“藐视重力”地稳稳竖立着，直到布赖恩认为可以让它们坍塌时，才弄出一阵轻风将它们刮倒。不过，参观“扑克牌建筑”的人绝对不能打喷嚏，因为说不定一个喷嚏就能毁掉布赖恩花几周时间造出来的“扑克牌房子”。第62页/共70页

布赖恩的“扑克牌建筑”已经屡屡创下了吉尼斯世界纪录。最近，布赖恩在达拉斯市的得克萨斯州展览会上再次搭出了一座惊人的“扑克牌摩天楼”，从而再次刷新了世界纪录。布赖恩搭建这座“扑克牌摩天楼”时，使用了顶到天花板的脚手架，这座“扑克牌摩天楼”之所以无法再建得更高，纯粹是因为受到了天花板的限制。据悉，这座“扑克牌摩天楼”是布赖恩花了一个月时间搭建出来的，它使用了1800副扑克牌，高达7.86米，一举打破了他以前创下的7.7米的“最高扑克牌建筑”世界纪录。

第63页/共70页第64页/共70页任务布置：以一副扑克牌为材料，设计并搭建一个建筑模型。要求：建筑模型的类型不限，高度10cm以上结构稳定岂能承受一定的重量，自重小。材料：纸牌一副，胶水第65页/共70页活动提示1：的填写可以先请同学回答前面课程中所讲的有关结构强度和稳定性的知识，然后填写。影响结构稳定性的因素——影响结构强度的因素——活动提示2：同学分组讨论扑克牌这种材料在制作建筑模型时的特点和如何进行连接和固定？纸牌这种材料用在制作建筑模型结构